考慮飛機排放因素的飛機巡航性能參數優(yōu)化方法

魏志強， 張文秀， 韓博

1.中國民航大學 空中交通管理學院， 天津 300300

2.中國民航大學 天津市空管運行規(guī)劃與安全技術重點實驗室， 天津 300300

考慮飛機排放因素的飛機巡航性能參數優(yōu)化方法

魏志強1,2*， 張文秀1， 韓博1

1.中國民航大學 空中交通管理學院， 天津 300300

2.中國民航大學 天津市空管運行規(guī)劃與安全技術重點實驗室， 天津 300300

巡航是民航飛機主要的飛行階段，航班飛行中絕大多數的燃油消耗、飛行時間和污染物排放均發(fā)生在該階段?；趪H民航組織(ICAO)基準排放數據和BM2方法，建立了污染物排放量和排放成本計算模型；提出污染物排放價格權重、成本指數排放因子和綜合成本指數概念，以改進飛行成本計算模型，考慮污染物排放對飛行成本優(yōu)化的影響；通過計算分析輸入成本指數對性能參數和飛行成本的影響，建立了基于搜索方法的綜合成本指數優(yōu)化流程，并采用Visual Studio予以開發(fā)實現；然后計算了綜合成本指數飛行的經濟效益，以及飛機質量、成本指數和巡航高度對飛行成本的影響。結果表明，選擇合適的綜合成本指數和巡航高度，可使總飛行成本達到最小，提高運行經濟性。與傳統(tǒng)巡航相比，在典型情況下采用綜合成本指數巡航可以降低相同條件下的總飛行成本的0.15%。

環(huán)境污染； 巡航性能； 綜合成本指數； 排放指數； 巡航高度

根據民用飛機在飛行中廢氣排放的時空分布情況，飛機發(fā)動機對環(huán)境影響可分為兩大領域：全球范圍內的溫室效應和機場區(qū)域內的空氣質量問題[1]。為控制和減少航空業(yè)對溫室效應的影響，歐盟力爭將航空公司的飛機碳排放納入了碳排放交易體系[2]。根據發(fā)動機廠家審定數據，國際民航組織(International Civil Aviation Organization，ICAO)建立了機型排放數據庫，采用標準的起飛著陸循環(huán)(Landing and takeoff，LTO)來計算在機場范圍內1 000 m以下飛機的滑行、起飛、爬升、進近著陸等階段的CO、HC、SO2和NOx排放量，但對于耗時近80%的航路飛行排放，則沒有涉及[3]。

為考慮航路飛行階段的排放影響，波音公司提出了BM2方法，實現對ICAO模型的修正。采用該模型，Tamara和Robert根據空中交通流量數據，對英國的航空排放問題進行了總體估算[4]；基于澳大利亞2008年的空管航跡數據，Pham等研究建立了精度為1°×1°×1 000 ft (1 ft=30.48 cm)的四維排放數據庫清單[5]；Owen等對2050年全球航空活動所造成的污染物排放數據進行了估算[6]。魏志強等依據建立了排放指數修正模型，實現對各個飛行階段的污染物排放量的估算分析[7-8]。上述研究實現了對污染物排放清單的估算，但都沒有涉及到如何通過優(yōu)化飛行參數來降低飛機污染物的排放量。

巡航是民航飛機主要的飛行階段，航班飛行中絕大多數的燃油消耗、飛行時間和污染物物排放量均發(fā)生在該階段。傳統(tǒng)的研究主要是通過選擇合適的巡航方式、速度和高度，以達到節(jié)油或降低成本的目的。Singh引入成本指數的概念，從降低運行成本的角度研究了混合動力飛機垂直飛行剖面參數的優(yōu)化問題[9]。Miyazawa等構建了自由飛行概念下的飛機巡航參數計算模型，研究發(fā)動機特性參數和大氣因素對巡航性能及參數優(yōu)化的影響[10]。Erzberger和Lee研究了在推力受限條件下的巡航參數優(yōu)化問題。研究表明，對推力的約束會影響到最小運行成本條件下的最佳航程、巡航高度和速度[11]。Franco和Rivas在給定高度巡航參數優(yōu)化中，引入了航路隨機風的干擾，使得優(yōu)化出的巡航速度參數具有更高的魯棒性[12]。Valenzuela和Rivas研究了基于空中交通規(guī)則的約束的巡航參數優(yōu)化，以降低直接運營成本[13]。Sridhar和Grabbe研究了高空風對最佳巡航高度的影響，表明在最佳風速航跡飛行中，通過優(yōu)化垂直剖面可以降低1%～3%的飛機油耗與時間[14]。針對軍用大型運輸機巡航段航跡優(yōu)化問題，楊杰等提出了一種近似工程化的計算方法，實現對巡航參數的優(yōu)化計算[15]；魏志強等研究了基于基本性能數據(Basic Aircraft Data， BADA)模型的遠程巡航方式(Long Range Cruise, LRC)下的巡航參數計算方法[16]；王超等研究了基于BADA模型的飛行軌跡預測與優(yōu)化算法[17]。上述研究在對飛行參數進行優(yōu)化時，沒有考慮飛機排放的影響。

通過優(yōu)化飛行參數以降低航班飛行對環(huán)境的影響，是國外研究的新動態(tài)之一。Schumann等建立了基于尾跡云和燃油消耗的航路優(yōu)化方法，以盡量減少航班運行對環(huán)境的影響[18]。Kaiser等建立了飛行航跡優(yōu)化模型，通過優(yōu)化飛行氣壓高度參數，以降低發(fā)動機排放對尾跡云形成和發(fā)展的影響[19]。Crewe將排放成本引入航班運行成本中，實現對飛行軌跡的優(yōu)化[20]。Cook等研究了不同污染物之間的權重關系，提出涵蓋排放成本的動態(tài)成本指數概念，并用于航班延誤分析[21]。

通過對巡航參數的優(yōu)化，可以降低飛行活動對環(huán)境的影響?；贗CAO基準排放數據和BM2方法，本文建立了污染物排放成本計算模型；提出了污染物排放價格權重、成本指數排放因子和綜合成本指數概念，以改進飛行成本計算模型，考慮污染物排放對飛行成本優(yōu)化的影響；通過計算分析輸入成本指數對性能參數和飛行成本的影響，建立了基于搜索方法的綜合成本指數優(yōu)化流程，并采用Visual Studio予以編程開發(fā)；最后分析了綜合成本指數飛行的經濟效益，以及飛機質量、成本指數和巡航高度對飛行成本的影響。

1 污染物排放計算模型

1.1 污染物排放成本計算模型

飛機發(fā)動機的污染物排放種類主要包括CO2、NOx、HC、CO和SO2。其排放成本(CE)與污染物排放價格、排放量有關[19]。而排放量又取決于飛行中的燃油消耗量和發(fā)動機污染物排放指數(即單位油耗下的污染物排放量)。即

(1)

式中：下標i為污染物的類別；CEi為i類污染物的排放成本(￥)，具體計算公式為

CEi=PPiEPi=PPiFfEi

(2)

式中：PPi為i類污染物的排放價格(￥/kg)；EPi為i污染物的排放量(kg)；Ff為燃油流量(kg/h)；Ei為i類污染物的排放指數(kg/kg)。為考慮污染物排放的影響，本文將污染物的排放價格(PPi，￥/kg)與燃油價格(PF，￥/kg)之比定義為污染物的排放價格權重(Wi)，即

(3)

在此基礎上，提出無量綱的成本指數排放因子K，以反映污染物排放價格權重和排放指數的影響，具體定義為

(4)

將式(2)、式(3)和式(4)代入式(1)，可以推導出給定巡航距離(R, km)下的污染物排放成本計算公式為

(5)

式中：VG為地速大小(m/s)。

1.2 污染物排放量計算模型

ICAO定義了標準的起飛降落循環(huán)，包括進近著陸、滑行、起飛和爬升4個飛行階段。在此基礎上，發(fā)動機廠家基于試飛數據，提供了海平面、國際標準大氣模型(International Standard Atmosphere Model，ISAM)條件下的排放指數數據。本文以B737-800飛機(CFM56-7B24發(fā)動機)為例進行巡航參數的優(yōu)化研究，所用到的排放指數如表2所示[3]。

由于飛機真實飛行條件不同于適航審定狀態(tài)，需要根據實際飛行條件修正排放指數，以得到更為精確的污染物排放成本。在航空燃油種類一定的情況下，CO2和SO2的排放指數與其他因素無關，無需修正。由于飛機的實際巡航狀態(tài)與基準飛行階段所對應的飛行條件不同，需要依據ICAO的BM2方法對其他污染物的排放指數進行修正，以考慮巡航參數(燃油流量、飛行氣壓高度、溫度偏差等)的影響，具體如文獻[7]所示。

表1 燃油價格與污染物排放價格信息[21]Table 1 Information about fuel price and pollution emission price[21]

表2 CFM56-7B24發(fā)動機基準排放數據[3]Table 2 Basic emission data of CFM56-7B24 engine[3]

2 民用飛機總飛行成本計算模型與實現

2.1 傳統(tǒng)的飛行成本計算模型

飛行成本是經濟巡航方式下的優(yōu)化目標。通常情況下的飛行成本包括燃油成本、時間成本和固定成本3部分。計算公式為

C=CT+CF+CC=

(6)

式中：C為飛行成本(￥)；CT為時間成本(￥)；CF為燃油成本(￥)；CC為固定成本(￥)，與航空公司財務狀況有關，在優(yōu)化時可假定為固定常數；CI成本指數(kg/h)，即時間價格與燃油價格之比。根據航空公司的運行狀況，財務部門計算出與上一年度的飛行時間成本(包括維修費、租賃費、飛行小時費等)和時間價格，然后用時間價格除以航油價格即可得到所需要的成本指數大小。

在飛行前，飛行員可在飛行管理系統(tǒng)(FMS)中輸入CI，即可使FMS計算出優(yōu)化后巡航速度，并控制飛機按此最佳速度進行巡航，實現巡航成本的最優(yōu)化。對于B737-800而言，CI的取值范圍為0～999。CI越大優(yōu)化出的飛行速度就越大；當CI取到999時，FMS將忽略燃油價格，此時將會使飛行按最大限制速度巡航；反之當CI取0時對應于理論上最節(jié)油的最大航程速度。

2.2 考慮排放影響的總飛行成本計算模型

為考慮發(fā)動機污染物排放成本的影響，在式(6)中增加污染物排放成本的影響，進而得到總飛行成本的計算公式為

C=CT+CF+CE+CC

(7)

再將式(5)代入式(7)，可得

(8)

式中：CIH為綜合成本指數(kg/h)，反映了污染物排放價格對經濟巡航的影響，其定義為

(9)

飛行成本是飛機巡航參數優(yōu)化的目標。文中式(6)為機載FMS在進行巡航性能優(yōu)化時的優(yōu)化目標計算公式，而式(8)為考慮污染物排放影響后的優(yōu)化目標計算公式。由于飛機上的FMS在進行巡航速度優(yōu)化時尚未考慮污染物的影響(即只能輸入成本指數)，為此可以在航空公司財務部門提供的CI基礎上，根據式(9)計算出CIH后輸入到FMS系統(tǒng)中。從式(9)中可以看出，考慮污染物排放成本影響時的CIH要小于傳統(tǒng)的成本指數，即可以適度降低CI以使考慮污染物排放成本影響時總飛行成本達到最低。

2.3 輸入成本指數對飛行性能參數及成本的影響

從理論上講，CI是由公司財務部門確定的。但在實際飛行中，飛行員可以通過輸入不同的成本指數，滿足飛行性能優(yōu)化需要。在性能參數優(yōu)化中，由于燃油流量與飛機速度之間的關系很難顯性表示，致使Ei也無法直接根據飛行速度來計算。飛機廠家提供的性能軟件(如波音公司的BPS軟件)可以計算給定質量、巡航高度、溫度偏差和成本指數條件下的經濟巡航馬赫數、燃油流量，但沒有考慮污染物排放量的影響。

本文采用BPS軟件計算不同輸入成本指數(CII)下的燃油流量數據，然后按照上述計算模型編程計算出在給定燃油價格、成本指數和污染物價格的情況下的總飛行成本(C)，以考察輸入成本指數(CII)對飛行性能參數和飛行成本的影響。

計算條件如下：燃油價格為6 000 ￥/t，成本指數為(CI)30，輸入成本指數(CII)計算范圍為0～60(即實際飛行中的常用取值范圍)；燃油價格見表1，B737-800飛機，初始巡航質量68 t，飛行距離為100 km，巡航高度為7 800 m，溫度偏差為ISA+10，靜風。具體計算結果如表3和表4所示。

從表3看出，在飛機發(fā)動機的污染物排放量中，CO2占絕大優(yōu)勢，是民航業(yè)節(jié)能減排的關注重點。但從表4的成本對比中可以看出，盡管NOx的排放量不及CO2的1%，但由于NOx的排放價格較高(見表1)，使得其排放成本接近CO2的2/3，需要引起業(yè)界的高度重視。在其他參數一定情況下，改變輸入成本指數可以實現對飛機性能參數的調整，進而影響總飛行成本的大小及構成情況。飛機總飛行成本隨輸入成本指數增加會先減后增，因此可以優(yōu)化方法搜索到最小飛行成本所對應的輸入成本指數即為綜合成本指數。

表3 污染物的排放量與輸入成本指數的關系Table 3 Relations between pollution emissions and inputted cost index

表4 污染物排放成本與輸入成本指數的關系Table 4 Relations between pollution emission cost and inputted cost index

2.4 綜合成本指數計算流程設計及軟件實現

本文采取優(yōu)化遍歷搜索方法計算出給定大氣相對濕度(φ)、飛行氣壓高度(HP)、溫度偏差(ΔT)、飛機質量(m)、燃油價格(PF)、成本指數(CI)、航程(R)等條件下的綜合成本指數(CIH)。具體優(yōu)化計算流程圖如圖1所示。

依據圖1所示的綜合成本指數計算流程圖和文中的相關計算公式，采用Visual Studio C#開發(fā)了民用飛機綜合巡航性能計算分析軟件，主要包括BPS軟件計算結果數據加載、大氣參數計算、排放指數修正計算、成本計算、最小成本條件判斷及綜合成本指數計算等功能模塊，能根據輸入的飛機質量、巡航高度、溫度偏差及成本指數等參數，實現對綜合成本指數的計算。

圖1 綜合成本指數優(yōu)化計算流程圖Fig.1 Flowchart of optimizing calculation of integrated cost index

3 基于綜合成本指數的巡航性能計算分析

3.1 經濟效益分析

傳統(tǒng)的巡航方式是按照給定的成本指數由機載飛行管理系統(tǒng)來對飛行參數進行優(yōu)化控制，沒有考慮污染物排放的成本影響。依據本文開發(fā)的民用飛機綜合巡航性能計算軟件，以B737-800飛機為例選取典型條件計算出綜合成本指數，并對巡航參數進行計算分析。具體計算條件為：巡航初始質量為65 t；巡航高度為8 900 m；巡航距離為1 000 km；標準大氣溫度環(huán)境；靜風；航空公司財務部門直接提供的成本指數(CI)為30(不考慮污染物排放影響)；燃油價格6 000 ￥/t。表5的第2行為飛機按給定成本指數(CI=30)飛行的性能數據；第3行為按照優(yōu)化出的綜合成本指數(CIH=22)飛行時的性能數據。表6則為上述兩種飛行方式下的飛行成本對比。

表5 成本指數巡航與綜合成本指數巡航性能數據的對比Table 5 Comparison of cruise performance data between cost index and integrated cost index

表6 成本指數巡航與綜合成本指數巡航的對比Table 6 Comparison of cruise cost data between cost index and integrated cost index

從表5、表6可以看出，計算出的綜合成本指數小于航空公司財務部門直接提供的成本指數大小，采用綜合成本指數飛行可降低相同條件下的總飛行成本的 0.15%。由于綜合成本指數偏小會導致飛行速度減緩，因此飛行時間略有增加，導致時間成本增加 2.6%。同時，燃油消耗會有所減少，燃油成本降低 1.1%。除CO外的其他污染物排放量也都會降低，其中絕對降幅和相對降幅最大的是NOx。因此，采用該飛行方式將會更有利于降低民航運輸飛行對大氣環(huán)境的影響。

3.2 飛行成本的影響因素分析

在飛機型號、污染物價格一定的情況下，飛機初始質量、成本指數和巡航高度是飛行成本的主要影響因素。圖2給出了飛機初始巡航質量對飛行成本的影響。計算條件：巡航高度9 500 m，巡航距離1 200 km，靜風，ISA+10，成本指數(CI)為35，燃油價格6 000 ￥/t。

從圖2可以看出，隨著飛機質量增加，飛機的巡航時間基本不變，但燃油消耗有較大增加，使得燃油成本和污染物排放成本也有較大增加。圖3給出了不同巡航方式(成本指數)對飛行參數和飛行成本的影響。計算條件：初始巡航質量68 t，巡航距離1 500 km，靜風，ISA，巡航高度8 900 m，燃油價格6 000 ￥/t。

從圖3可以看出，燃油成本和污染物成本基本與公司的成本指數無關，但由于時間成本隨成本指數增加而增加，使得總飛行成本也逐漸減增大。圖4給出了巡航高度對飛行參數和飛行成本的影響。計算條件：初始巡航質量70 t，巡航距離800 km，靜風，ISA，成本指數(CI)為30，燃油價格6 000 ￥/t。

圖2 巡航初始質量對飛行成本的影響Fig.2 Influence of initial cruise mass on flight cost

圖3 成本指數對飛行成本的影響Fig.3 Influence of cost index on flight cost

圖4 巡航高度對飛行成本的影響Fig.4 Influence of cruise altitude on flight cost

從圖4可以看出，在常用巡航高度范圍內，總飛行成本隨高度升高而先降后略增，其最低值對應于飛機的最佳巡航高度。

通過對不同條件下總飛行成本的計算和對比(見圖2～圖4)，在運行上可通過如下舉措來優(yōu)化飛機性能參數，降低航班運行成本。

1) 在控制飛機質量方面，盡可能減少不必要的載重。

2) 在成本指數方面，盡可能減少成本指數大小。為此需要航空公司進一步壓縮飛機維修費用和機組人員的小時費，通過降低時間價格來減小成本指數。

3) 在巡航高度方面，可計算出不同飛行氣壓高度下的總飛行成本，然后盡可能地選擇最小成本對應的高度來巡航，降低總飛行成本。

4 結 論

基于ICAO基準排放數據和BM2方法，本文建立了污染物排放成本計算模型，改進了飛行成本計算模型，建立了基于搜索方法的綜合成本指數優(yōu)化流程，開發(fā)相應的計算軟件，以考慮污染物排放對飛行成本優(yōu)化的影響。在其他條件一定時，選擇合適的綜合成本指數和巡航高度，可使總飛行成本達到最小，提高運行經濟性。

通過改變污染物的排放價格權重，還可以計算不同污染物種類關注度下的最佳巡航性能參數，實現飛行成本、燃油成本和排放成本的總體最優(yōu)化飛行。與傳統(tǒng)巡航相比，在典型情況下采用文中的綜合成本指數巡航可以降低相同條件下的總飛行成本的0.15%，其中飛行時間成本增加2.6%、燃油成本降低1.1%、污染物總體排放成本降低3.6%、各種污染物排放成本中降幅最大的是NOx。研究表明，采用該飛行方式將會更有利于降低民航運輸飛行對大氣環(huán)境的影響。研究結果可用于民航飛機的日常巡航性能優(yōu)化運行，提高航班運行的經濟性和環(huán)境友好性。

[1] 張弛， 林宇震， 徐華勝， 等． 民用航空發(fā)動機低排放燃燒室技術發(fā)展現狀及水平[J]. 航空學報， 2014， 35(2)： 332-350．

ZHANG C， LIN Y Z， XU H S， et al. Development status and level of low emissions combustor technologies for civil aero-engine[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2014, 35(2): 332-350 (in Chinese).

[2] MALINA R, MCCONNACHIE D, WINCHESTER N, et al. The impact of the european union emissions trading scheme on US aviation[J]. Journal of Air Transport Management, 2012, 19(3): 36-41.

[3] ICAO. Engine exhaust emissions data bank: Doc 9646-AN/943[R]. Montreal: ICAO, 2009.

[4] TAMARA P, ROBERT B. Estimates of UK CO2emissions from aviation using air traffic data[J]. Climatic Change, 2007, 88(3-4): 367-384.

[5] PHAM V, TANG J, ALAM S, et al. Aviation emission inventory development and analysis[J]. Environmental Modelling & Software, 2010, 25(12): 1738-1753.

[6] OWEN B, LEE D S, LIM L. Flying into the future: Aviation emissions scenarios to 2050[J]. Environmental Science Technology, 2010, 44(10): 2255-2260.

[7] 魏志強， 王超. 航班飛行各階段污染物排放量估算方法[J]. 交通運輸工程學報, 2010, 10(6): 48-52.

WEI Z Q, WANG C. Estimating method of pollution emissions for scheduled flight in different phases[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010, 10(6): 48-52 (in Chinese).

[8] 魏志強， 刁華智， 韓博. 民用飛機巡航階段污染物排放量計算研究[J]. 科學技術與工程, 2014, 14(19): 1617-1815.

WEI Z Q, DIAO H Z, HAN B. Research on calculating of aircraft pollution emissions in cruise phase[J]. Science Technology and Engineering, 2014, 14(19): 1617-1815 (in Chinese).

[9] SINGH R. Cost-based flight technique optimization for hybrid energy aircraft[J]. Aircraft Engineering & Aerospace Technology, 2014, 86(6): 591-598.

[10] MIYAZAWA Y, HARADA A, WICKRAMASINGHE N K, et al. Effect of jet passenger aircraft performance model on the optimal periodic cruise maneuver[J]. Space Technology Japan the Japan Society for Aeronautical & Spaceences, 2013, 12: 99-105.

[11] ERZBERGER H, LEE H. Constrained optimum trajectories with specified range[J]. Journal of Guidance Control & Dynamics, 2012, 3(1): 78-85.

[12] FRANCO A, RIVAS D. Minimum-cost cruise at constant altitude of commercial aircraft including wind effects[J]. Journal of Guidance Control & Dynamics, 2011, 34(4): 1253-1260.

[13] VALENZUELA A, RIVAS D. Optimization of aircraft cruise procedures using discrete trajectory patterns[J]. Journal of Aircraft, 2014, 51(51): 1632-1640.

[14] SRIDHAR B, GRABBE S. Optimizing aircraft trajectories with multiple cruise altitudes in the presence of winds[J]. Journal of Aerospace Information Systems, 2014, 11(1): 35-47.

[15] 楊杰， 薛建平， 王發(fā)威, 等. 大型運輸機巡航航跡優(yōu)化方案建模與分析[J]. 飛行力學, 2012, 30(4): 314-317.

YANG J, XUE J P, WANG F W, et al. Cruise trajectory optimization modeling and analysis for large transport[J]. Flight Dynamics, 2012, 30(4): 314-317 (in Chinese).

[16] WEI Z Q, WANG C, LIU F. Calculation of long range cruise performance based on the BADA model[C]//ICCTP 2010: Integrated Transportation Systems: Green, Intelligent, Reliable, 2010: 1097-1103.

[17] 王超， 郭九霞， 沈志鵬. 基于基本飛行模型的4D航跡預測方法[J]. 西南交通大學學報, 2009, 44(2): 295-300.

WANG C， GUO J X， SHEN Z P. Prediction of 4D trajectory based on basic flight models[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2009, 44(2): 295-300 (in Chinese).

[18] SCHUMANN U, GRAF K, MANNSTEIN H. Potential to reduce the climate impact of aviation by flight level changes[C] //3rd AIAA Atmosphere Space Environments Conference. Reston: AIAA, 2011.

[19] KAISER M, ROSENOW J, FRICKE H, et al. Tradeoff between optimum altitude and contrail layer to ensure maximum ecological en-route performance using the enhanced trajectory prediction model (ETPM)[C]//International Conference on Application and Theory of Automation in Command and Control Systems, 2012: 127-134.

[20] GREWE V, FR?MMING C, J?CKEL P, et al. Climate cost functions as a basis for climate optimized flight trajectories[C] //Tenth USA/Europe Air Traffic Management Research and Development Seminar (ATM2013), 2013.

[21] COOK A, TANNER G, WILLIAMS V, et al. Dynamic cost indexing managing airline delay costs[J]. Journal of Air Transport Management, 2010: 26-35.

魏志強男， 碩士， 副教授， 碩士生導師。主要研究方向： 飛機性能。

Tel.: 022-24092905

E-mail: weizhiqia@sina.com

張文秀女， 碩士研究生。主要研究方向： 飛機性能。

Tel.: 022-24092434

E-mail: wxzhang@cauc.edu.cn

韓博男， 博士， 講師。主要研究方向： 航空氣象與環(huán)境。

Tel.: 022-24092905

E-mail: bohan@cauc.edu.cn

*Correspondingauthor.Tel.：022-24092905E-mail:weizhiqia@sina.com

Optimizationmethodofaircraftcruiseperformanceparametersconsideringpollutionemissions

WEIZhiqiang1,2,*,ZHANGWenxiu1,HANBo1

1.CollegeofAirTrafficManagement,CivilAviationUniversityofChina,Tianjin300300,China2.TianjinKeyLaboratoryofOperationProgrammingandSafetyTechnologyofAirtrafficManagement,CivilAviationUniversityofChina,Tianjin300300,China

Cruiseisthemainflightphaseforcivilaircraft,andmostofthefuelconsumption,flighttimeandpollutantsareconsumedorproducedinthisphase.ThepollutantemissioncalculationmodelandemissioncostmodelareestablishedbasedontheInternationalCivilAviationOrganization(ICAO)basicemissiondataandBM2methods.Inordertoconsidertheeffectofpollutionemission,theconceptsofpriceweightforpollutionemission,costindexemissionfactorandintegratedcostindexareproposedinthispapertoimprovethetotalflightcostmodel.Duetocalculatingandanalyzingtheinfluenceofinputtedcostindexonflightcost,theoptimumflowchartforcalculatingintegratedcostindexisestablishedbasedonoptimumsearchmethod.TheemissioncalculationsoftwareisdevelopedbyVisualStudioforcalculatingtheeconomicincomeforcruiseflightusingintegratedcostindex.Meanwhile,basedonresultdatacalculatedbythesoftware,theimpactsofinitialcruisemass,costindexandcruisealtitudeonflightcostarealsoanalyzed.Theresultsshowthattheflightcostcanachievetheminimumbychoosingadequateintegratedcostindexandcruisealtitude,asotherconditionsareconstant.Comparedwithtraditionalflightmode,thetotalflightcostcandecrease0.15%atgivenflightcondition.

environmentalpollution;cruiseperformance;integratedcostindex;emissionindex;cruisealtitude

2015-11-20；Revised2016-03-14；Accepted2016-04-11；Publishedonline2016-05-041435

URL：www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20160504.1435.012.html

s：NationalHigh-techResearchandDevelopmentProgramofChina(2014AA110501);NationalNaturalScienceFoundationofChina(U1533116，21407174);AeronauticalScienceFoundationofChina(20140267002);TianjinResearchProgramofApplicationFoundationandAdvancedTechnology(14JCQNJC08100)

2015-11-20；退修日期2016-03-14；錄用日期2016-04-11； < class="emphasis_bold">網絡出版時間

時間：2016-05-041435

www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20160504.1435.012.html

國家“863”計劃 (2014AA110501)； 國家自然科學基金 (U1533116，21407174); 航空科學基金 (20140267002); 天津市應用基礎與前沿技術研究計劃 (14JCQNJC08100)

*

.Tel.：022-24092905E-mailweizhiqia@sina.com

魏志強， 張文秀， 韓博． 考慮飛機排放因素的飛機巡航性能參數優(yōu)化方法J． 航空學報,2016,37(11):3485-3493.WEIZQ,ZHANGWX,HANB.OptimizationmethodofaircraftcruiseperformanceparametersconsideringpollutionemissionsJ.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2016,37(11):3485-3493.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn

10.7527/S1000-6893.2016.0119

V212.13+3

A

1000-6893(2016)11-3485-09